O 引 言
    随着现代工业和科学技术的发展，无损检测技术在设备和装备的运行、产品质量的保证、提高生产率、降低成本等领域发挥着越来越大的作用，无损检测也已经发展成为一门独立的综合性学科，而超声波探伤技术在无损检测领域内占有极其重要的地位，在很多领域均获得非常广泛的应用。
    由于超声波无损探伤设备在不同的应用场合，其对探头的要求不同，对接收的回波信号的处理算法也不同，因此某一类的无损探伤设备，通常只能适应于一种或几种应用场合。为使超声波探伤设备具有更好的应用范围、更高的处理算法和更快的更新周期，可采用虚拟式超声波无损探伤设备。虚拟超声探伤系统是利用计算机显示器的功能来模拟传统探伤仪的控制面板，以多种形式输出检测结果，利用软件功能来实现数字信号的运算、分析和处理。利用输入输出(I／O)接口设备完成信号的采集、测量与调试，从而完成各种测试功能的超声无损探伤系统。该系统是虚拟仪器技术、数字技术与传统超声探伤系统相结合的产物。在设计虚拟数字超声系统时，必须结合传统超声探伤系统中模拟通道的设计，因为任何一个超声探伤系统都必须包括超声波的发射电路、接收电路和信号调理电路才能进一步进行后续的处理工作，这些电路的设计将直接影响到整个超声探伤系统工作的可靠性和测试精度。这里设计的电路就是在进行A／D转换之前的前端电路。

1 虚拟式超声波无损探伤设备的系统组成
    超声检测一般是指使超声波与试件相互作用，就反射、透射和散射的波进行研究，对试件进行宏观缺陷检测、几何特性测量、组织结构和力学性能变化的检测和表征，并进而对其特定应用性进行评价的技术。用于固体材料超声检测的装置按其指示的参量可分为三类：第一类指示声的穿透能量，常用于穿透法；第二类指示频率可变的超声连续波在试件中形成驻波的情况，可用于共振测厚，但目前已很少用；第三类指示反射声波的幅度和运行时间，常用于脉冲反射法。鉴于脉冲反射法在目前的广泛使用，虚拟仪器就是采用反射检测法来设计的。
    脉冲反射法的基本原理如图1所示，一般只利用一个探头发射兼接收。当工件完好时，显示器上只有始波T和底面回波B，如图1(a)所示。当工件中有小于声束截面的小缺陷时，在始波T和底波B之间还有缺陷回波F出现，如图1(b)所示。根据缺陷波F的高度可对缺陷的大小进行评估，根据缺陷回波F与始波T之间的时间差可以得到缺陷的埋藏深度。有缺陷回波时，底面回波高度下降。当工件中有大于声束截面的大缺陷时，超声波束全部被缺陷反射，显示器上只有始波T和缺陷回波F，底波B消失，如图1(c)所示。

虚拟超声探伤系统的总体结构如图2所示。该系统以AT89C52单片机为核心控制器件，数据采集由计算机结合专用数据采集卡进行完成，然后利用计算机软件对数据进行运算、分析和处理，结合LabVIEW应用软件进行探伤系统的面板设计和部分功能的设计和构建，对测试结果进行显示。单片机控制发射电路发射400 V的高压窄脉冲，激励探头产生超声波，并随之切换开关至信号接收电路。同时启动数据采集卡进行数据采集工作。单片机控制系统与计算机之间的通讯(如脉冲重复频率、脉冲占空比和增益调节等)采用USB接口来进行。